DE3016920A1

DE3016920A1 - Verfahren und vorrichtung zum entfernen des organischen kohlenstoffs und des stickstoffs aus abwasser

Info

Publication number: DE3016920A1
Application number: DE19803016920
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl.-Ing. 7200 Tuttlingen Stengelin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-05-02
Filing date: 1980-05-02
Publication date: 1981-11-05

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Ent-
fernen des organischen Kohlenstoffs und des Stickstoffs aus Abwasser Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entfernung des organischen Kohlenstoffs und des Stickstoffs aus dem Abwasser durch biologischen Abbau des organischen Kohlenstoffs und durch Oxidation des im Abwasser enthaltenen Ammoniaks zu gasförmigem Stickstoff durch eine biologisch mit radial oder axial durchströmten Tauchtropfkörpern (TTK) in mehreren Stufen arbeitende Abwasserkläranlage und auf eine Abwasserkläranlage zur Durchführung des Verfahrens.
Es sind Tauchtropfkörper bekannt, welche aus verschiedenen Arten von Bewuchsflächen für Bakterien bestehen, welche sich zum Teil durch das Abwasser und zum Teil durch die Luft zur Sauerstoffaufnahme drehen. Die Tauchtropfkörper#können radial oder axial durchflossen werden.
Allen Tauchtropfkörpern ist gemeinsam, daß sich die Bewuchsflächen zu einem Teil im Abwasser und zum anderen Teil durch die Luft, durch eine Sauerstoff- oder durch eine Methangasatmosphäre drehen.
Es ist auch bekannt, daß zwischen den einzelnen Tauchtropfkörperbecken Zwischenklärbecken angeordnet werden und daß eine Rückführung von Uberschußschlamm aus der Nachklärung oder einem Nachklärfilter erfolgen kann.
Zur Entfernung des Stickstoffs (Nitrifikation mit anschließender Denitrifikation) waren aber bisher immer Zwischenklärbecken und eine nachgeschaltete Denitrifikationsstufe notwendig. Diese bestand'aus einem Tauchtropfkörper, welcher sich teils durch das Abwasser und teils durch eine Methan- oder Methanol-Atmosphäre drehte. Die Denitrifikation im Tauchtropfkörper war nur möglich, wenn diese Stufe strikt ohne Sauerstoffzufuhr arbeitete.
Die Denitrifikation mittels Tauchtropfkörper (TTK) war also sehr aufwendig in den Baukosten (Zwischenklärbecken, gasdichte TTK-Behälter) und in den Betriebskosten (Verwendung von Methanol und Menthan als Wasserstoffdonator) Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit denen mittels biologisch arbeitender Tauchtropfkörper Kohlenstoff und Stickstoff in einfacher Weise und mit möglichst geringem Bau- und Betriebsaufwand aus dem Abwasser beseitigt werden können.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gelöst, daß die dem Luftsauerstoff pro Zeiteinheit ausgesetzte Bewuchsfläche der einzelnen Tauchtropfkörper-Walzen von Stufe zu Stufe dem Reinigungsfortschritt entsprechend verringert wird, was entweder durch eine flächenmäßige Verkleinerung der aus dem Wasser herausragenden Bewuchsflächen oder durch eine Verringerung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Tauchtropfkörper-Walzen oder durch Anwendung von beiden Maßnahmen im entsprechenden Verhältnis geschehen kann. Dabei dienen biologisch arbeitende Tauchtropfkörper-Stufen zum Abbau des organischen Kohlenstoffs in einen Belastungsbereich von 18 - 30 g BSB5/m2 . d (Belastung ausgedrückt in Gramm Biologischer Sauerstoff-Bedarf nach 5 Tagen, pro Meter im Quadrat Bewuchsfläche mal Tag) und andere Tauchtropfkörper-Sttifen arbeiten in einem Belastungsbereich zwischen 4 und 8 g BSB5/m² . d, wobei sowohl organischer Kohlenstoff abgegeben, Ammoniak zu Nitrat oxidiert wird und eine Denitrifikation erfolgt.
Zur Durchfahrung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Abwasserkläranlage mit mehreren biologisch arbeitenden Tauchtropfkörper-Walzen vorgesehen, die von Stufe zu Stufe eine größere Eintauchtiefe aufweisen und deren Umdrehungsgeschwindigkeit proportional zu der dem Luftsauerstoff jeweils ausgesetzten, immer geringer werdenden Bewuchsfläche abnimmt.
Zum Abbau des organischen Kohlenstoffs befindet sich der Wasserspiegel in einer solchen-Höhe, in der er etwa in der Achsmitte der Tauchtropfkörper-Walzen liegt. Der Belastungsbereich reicht dabei von 18 bis 30 g BSG5/m² . d.
Bei einer solchen Belastung wird die Randgeschwindigkeit der Tauchtropfkörper auf 1o - 15 m/min eingestellt, wodurch sich eine optimale Abbauleistung ergibt.
Ausgehend von dieser Randgeschwindigkeit und bei der angegebenen Belastung von 18 bis 30 BSB5/m2 . d und bei dem bis zur Achse reichenden Wasserstand wird die Randgeschwindigkeit der in Umdrehung versetzten Tauchtropfkörper von Stufe zu Stufe bis auf Null verringert, in dem sich die Höhe des aus dem Wasser herausragenden Kreisabschnitts der Tauchtropfkörper bis auf Null nähert.
Zur Denitrifikation ist eine Stufe vorgesehen, bei der die Tauchtropfkörper-Walze gar nicht mehr aus dem Wasser herausragt und bei der die Randgeschwindigkeit der Tauchtropfkörper-Walzen bis auf Null absenkbar ist.
Bei einer mit fünf Stufen arbeitenden Abwasserkläranlage kann ein Vorklär- und ein Nachklärbecken vorgesehen sein, von denen die beiden ersten Tauchtropfkörper-Walzen den Abbau des organischen Kohlenstoffs bei einem maximalen Wasserspiegel bis zur Achsmitte, bei einer Belastung von 18 bis 30 g BSB5/m2 . d sowie bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 10 bis 15 m/min dienen.
In den ersten Walzen einer Tauchtropfkörper-Stufe wird also der organische Kohlenstoff des Abwassers in Bakteriensubstanz und Kohlendioxidverbindungen umgewandelt0 Pür diesen Abbauvorgang werden größere Mengen an Sauerstoff benötigt. Die Abbauvorgänge verlaufen sehr rasch, dehe es sind sehr niedrige Aufenthaltszeiten notwendig (ca, 15 - 30 Minuten).
Diejenigen Tauchtropfkörper-Walzen der Tauchtropfkörper-Stufe, welche den organischen Kohlenstoff des Abwassers abbauen, müssen deshalb sehr gut mit Sauerstoff versorgt werden, d oho a) Die rotationssymmetrische Bewuchsfläche muß in jedem Punkt mit der Luft oder O2-Atmosphäre in Kontakt kommen. Daraus folgt, daß der maximale Wasserspiegel die Achsmitte nicht überschreiten darf b) Die Rotationsgeschwindigkeit bzw. die Umfangsgeschwindigkeit muß für eine optimale 02-Versorgung entsprechend groß sein und hängt von der spez. mind, Belastung des Tauchtropfkörpers ab.
Bei einer Belastung von 18 bis 30 g BSB5/m2 0 d, bei welcher der organische Kohlenstoff des Abwassers abgebaut wird, soll die Randgeschwindigkeit der Tauchtropfkörper-Walze bei 10 bis 15 m/min liegen.
Die beiden nächsten Tauchtropfkörper-Walzen dienen der Nitrifikation bei einem bezüglich der Tauchtropfkörper-Achsen höheren Wasserspiegel sowie bei entsprechend geringerer Umdrehungsgeschwindigkeit Wobei bei einer Belastung von 4 bis 8 g BSB5/m² 0 d. In diesen beiden nächsten durchflossenen Tauchtropfkörper-Walzen erfolgt also die Oxidation des Ammoniaks zu Nitrat, Es ist bekannt, daß diese biologischen Oxidationsvorgänge wesentlich langsamer verlaufen als der Abbau des organischen Kohlenstoffs.
Die Tauchtropfkörper-Walzen oxidieren das Ammoniak zu Nitrat in einem Belastungsbereich zwischen 4 bis 8 g BSB5/m2 d.
Die Tauchtropfkörper-Walzen, in welchen nun die Oxidation des Ammoniaks zu Nitrat erfolgen soll, müssen mit einem größeren Volumen ausgestattet werden. Die Vergrößerung der Aufenthalts zeit gegenüber den Tauchtropfkörper-Walzen, in welchen der Kohlenstoffabbau erfolgt, wird durch eine schrittweise Anhebung des Wasserspiegels über die Achsmitte erreicht.
Gleichzeitig kann die Umfangsgeschwindigkeit proportional der Zunahme der Aufenthaltszeit gesenkt werden.
Die letzte der fünf Tauchtropfkörper-Walzen dient der Denitrifikation bei vollkommen eingetauchter und stillstehender Fauchtropfkörper-Walze, Damit aber gegen Ende der Nitrifikationsstufe eine Denitrifikation möglich wird, muß der Wasserspiegel bis über die Tauchtropfkörper-Walze angehoben werden. Die Umfangsgeschwindigkeit kann theoretisch auf null m/min reduziert werden, Durch die schrittweise Anhebung des Wasserspiegels von Achsmitte bis zum vollständigen Überstau der Tauchtropfkörper-Walzen mit Abwasser ist innerhalb des Belastungsspielraumes von 4 bis 8 g BSB5/m2 . d sowohl eine vollständige Nitrifikation wie Denitrifikation möglich.
Mit dieser Maßnahme entfällt eine getrennte Denitrifikationsetufe; Zwischenklärbecken und die Tauchtropfkörper-Stufe müssen bei Denitrifikation nicht erweitert werden.
Zur Unterstützung der Nitrifikations- und Denitrifikationsvorgänge werden noch weitere Maßnahmen durchgeführt, Zur Beschleunigung der Nitrifikation: a) Rückführung von uberschußschlamm und biologisch gereinigtem Abwasser aus der Nachklärung in den Zulauf der Vorklärung bis zur Absenkung der BSB5-Konzentration im Ablauf der Vorklärung auf unter 15o mg/l BSB5.
b) Rückführung von Überschußschlamm aus der Nachklärung in die Nitrifikationsstufe zur Anreicherung von nitrifizierenden Bakterien bis zur Absendung des O2-Gehalts im Abwasser auf 1 bis 2 mg/l.
Zur Beschleunigung der Denitrifikation wird folgendes veranlaßt: a) Umleitung von-caO 1 bis 5 % des mechanisch gereinigten Abwassers in die Denitrifikationsstufe; die Umleitung dient als Wasserstoffdonator.
b) Rückführung von Überschußschlamm in die Denitrifikationsstufe zur Erhöhung der 02-Zehrung bis zur Absenkung des O2-Gehalts im Abwasser auf null mg/l im- Abwasser.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der folgenden Beschreibung näher erläutert, der weitere Einzelheiten des Gegenstandes er Erfindung entnommen werden können.
Die in der Zeichnung schematisch in einem Längsschnitt dargestellte Abwasserkläranlage 1 nach Figo 1 zeigt einen Tauchtropfkörper-Behälter 2 mit fünf biologischen Stufen der Tauchtropfkörper-Walzen 3 bis 7. Vor dem Tauchtropfkörperbehälter 2 sitzt ein Vorklärbecken 8 und außerdem ist dem Taiichtropfkörper-Behälter 2 ein Nachklärbecken 9 nachgeschaltet Fig, 2 zeigt die Draufsicht auf die Abwasserkläranlage.
Das ankommende Abwasser wird bei 10 in Pfeilrichtung dem Vorklärbecken 8 zugeführt Die beiden ersten Tauchtropfkörper-Walzen 3 und 4. tauchen in das Wasser bis zur Achse ein; die Randumdrehungsgeschwindigkeit der Tauchtropfkörper-Walzen beträgt 10 bis 15 m/min. Die Belastung liegt bei 18 bis 30 g BSB5/in2 0 do In diesen beiden Stufen wird der organische Kohlenstoff abgebaut.
Aus der Zeichnung ist weiter zu erkennen, daß die beiden folgenden Tauchtropfkörper-Walzen 5 und 6 immer tiefer in das Wasser eintauchen, so daß der Wasserspiegel in immer größer werdendem Maße angehoben und die Höhe h des aus dem Wasser herausragenden Teils, der den in den Luftsauerstoff hineinragenden Kreisabschnitt bildet, immer kleiner wird. Diese beiden Stufen dienen der Ammoniak-Oxidation (der Nitrifikation). Die Umfangsgeschwindigkeit der Tauchtropfkörper-Walzen wird von Stufe zu Stufe mit geringer werdender Höhe des herausragenden Kreisabschnitts immer weiter abgesenkt.
Die letzte Stufe mit der Tauchtropfkörper-Walze 7 dient nun der Denitrifikation. Der Tauchtropfkörper ist ganz mit Wasser bedeckt und die Umfangsgeschwindigkeit kann bis auf Null abgesenkt werden.
Die Abwasserkläranlage kann nun auch noch mit einer Rückführleitung 11 versehen werden, durch die aus dem Nachklärbecken 9 so viel Überschußschlamm über eine Zuleitung 12 in die Nitrifikationsstufe mit der Tauchtropfkörper-Walze 5 (und 6) zur Anreicherung mit nitrifizierenden Bakterien zurückgeführt wird, bis der O2-Gehalt des Abwassers dort auf 1 bis 2 mg/l abgesenkt worden ist, Weiterhin kann mit der Rückführleitung 11 über eine Zuleitung 13 aus dem Nachklärbecken 9 so viel Überschußschlamm in die Denitrifikationsstufe zurückgeführt werden, bis der 02-Gehalt auf Null abgesenkt ist.
Selbstverständlich kann in üblicher Weise Überflußschlamm durch die Leitung 14 bis zum Vorklärbecken 8 zurückgeführt werden. Der dort im Absetzteil 15 der Vorklärung abgesetzte Schlamm kann dann ebenfalls in bekannter Weise durch eine Leitung 16 der Schlammbehandlung 17 zugeführt werden.
Schließlich ist noch eine weitere Pumpleitung 18 vorgesehen, durch die 1 bis 2 % der Zuflußmenge (bei ii) von mechanisch gereinigtem Abwasser nach dem Vorklärbecken 8 unter Zugabe von Wasserstoffdonatoren der Denitrifikationsstufe mit der Tauchtrbpfkörper-Walze 7 zugeführt wird. Leerseite

Claims

Ansprüphe Verfahren zum Entfernen des organischen Kohlenstoffs und des Stickstoffs aus Abwasser durch biologischen Abbau des organischen Kohlenstoffs und durch O#idation des im Abwasser enthaltenen Ammoniaks zu gasförmigem Stickstoff durch eine biologisch mit radial oder axial durchströmten Tauchtropfkörpern (TTK) in mehreren Stufen arbeitende Abwasserkläranlage, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Luftsauerstoff pro Zeiteinheit ausgesetzte Bewuchsfläche der einzelnen Tauchtropfkörper-Walzen (3 - 7) von Stufe zu Stufe gemäß dem Reinigungsfortschritt verringert wird, was entweder durch eine flächenmäßige Verkleinerung der aus dem Wasser herausragenden Bewuchsflächen oder durch eine Verringerung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Tauchtropfkörper-Walzen oder durch Anwendung von beiden Maßnahmen im entsprechenden Verhältnis geschehen kann, 20 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß biologisch arbeitende Tauchtropfkörper-Stufen (3 und 4) zum Abbau des organischen Kohlenstoffs in einem Belastungsbereich von 18 bis 30 g BSB/m2 0 d und andera biologische Stufen (4 bis 6 und teilweise 7) zum Abbau sowohl von organischem Kohlenstoff als auch von Ammoniak zu Nitrat bei 4 bis 8 g BSB5 /m². darbeiten, wobei Ammoniak zu Nitrat oxidiert wird und dann eine Denitrifikation erfolgt, 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorbestimmte Tauchtropfkörper-Stufe (3, 4) den organischen Kohlenstoff abbaut und daß diese im Belastungsbereich von 18 bid 30 g BSB5 /m². d arbeitet.

4o Abwasserkläranlage mit mehreren biologischen, mittels Tauchtropfkörpern arbeitenden Stufen zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Tauchtropfkörper-Walzen (5, 6, 7) von Stufe zu Stufe eine größere Eintauchtiefe aufweisen und die Umdrehungsgeschwindigkeit der Tauchtropfkörper-Walzen proportional zu der dem Luftsauerstoff jeweils ausgesetzten, immer geringer werdenden Bewuchsfläche abnimmt, 5. Abwasserkläranlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbau des organischen Kohlenstoffs in einer-biologischen Stufe (3, 4) erfolgt, in der der Wasserspiegel wenigstens annähernd in der Achsmitte der Tauchtropfkörper-Walzen liegt und die in einem Belastungsbereich von 18 bis 30 g BSB5/m2 . d arbeitet.

6. Abwasserkläranlage nach Anspruch 5,- dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchtropfkörper-Walzen (3, 4), die zum Abbau des organischen Kohlenstoffs bei einer Belastung von 18 bis 30 g BSB5/m2 0 d arbeiten, mit einer Randgeschwindigkeit von 10 bis 15 m/min in Umdrehung versetzt werden.

7o Abwasserkläranlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß, ausgehend von der dort angegebenen Randgeschwindigkeit der in Umdrehung versetzten Tauchtropfkörper-Walzen (4) von 1o bis 15 m/min bei einem bis zur Mittelachse der Tauchtropfkörper-Walzen reichenden Wasserstand und bei einer Belastung von 18 bis 3o g BSB5/m2 6 d, die Randgeschwindigkeit der in Umdrehung versetzten Tauchtropfkörper-Walzen (5, 6 oder 7) von Stufe zu Stufe in dem gleichen Maße bis auf Null verringert wird, in dem sich die Höhe (h) des aus dem Wasser herausragenden Kreisabschnitts der Täuchtropfkörper-Walzen (5, 6, 7) bis auf Null nähert, 8o Abwasserkläranlage nach den Ansprüchen 1 bis 6 mit einer für die Denitrifikation bestimmten biologischen Abbaustufe, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (h) des aus dem Wasser herausragenden Kreisabschnitts der Tauchtropfkörper-Walzen (7) wenigstens annähernd Null ist und die Rand geschwindigkeit der Tauchtropfkörper-Walzen in dieser Stufe bis auf Null absenkbar ist.

9o Abwasserkläranlage nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe fünf Tauchtropfkörper-Walzen (3 bis 7) sowie ein Vorklär- (8) und ein Nachklärbecken (9) aufweist, von denen die ersten beiden Tauchtropfkörper-Walzen (3, 4) dem Abbau des Kohlenstoffs bei einem maximalen Wasserspiegel bis zur Achsmitte, bei einer Belastung von 18 2 bis 30 g BSB5/m2 O d sowie bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 10 bis 15 m/min dienen und die beiden nächsten Tauchtropfkörper-Walzen (5, 6) der Nitrifikation (dos. der Ammoniak-Oxidation) bei einem bezüglich der Tauchtropfkörper-Achsen höheren Wasserspiegel sowie bei entsprechend geringerer Umdrehungsgeschwindigkeit sowie bei einer Belastung von 4 bis 8 g BSB5/m2 O d dienen und die letzte Tauchtropfkörper-Walze (7) bei vollkommen in das Abwasser eingetauchter und stillstehender Tauchtropfkörper-Walze der Denitrifikation dient.

10o Abwasserkläranlage nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe mit einer Rückführeinrichtung (11) versehen ist, die aus dem Nachklärbecken (9) biologisch gereinigtes Abwasser in dem Maße in das Vorklärbecken (8) zurückfahrt, daß der Ablauf der Vorklärung einen Wert von weniger als 150 mg/l BSB5 aufweist.

11o Abwasserkläranlage nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe mit einer Rückführleitung (11) versehen ist, die aus dem Nachklärbecken (9) über eine Leitung (12) so viel Überschußschlamm in die Nitrifikationsstufe zur Anreicherung von nitrifizierenden Bakterien zurückführt, bis der O2-Gehalt des Abwassers dort auf 1 bis 2 mg/l O2 abgesenkt ist.

12o Abwasserkläranlage nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe mit einer Rückführleitung (11) versehen ist, die aus dem Nachklärbecken (9) über eine Leitung (13). so viel Überschußschlamm in die Denitrifikationsstufe zurückführt, bis der 02-Gehalt dort auf o mg/l °2 abgesenkt ist.

13o Abwasserkläranlage nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe mit einer Pumpleitung (18) versehen ist, durch die 1 bis 2 ffi der Zuflußmenge des Abwassers aus dem Vorklärbecken (8) unter Zugabe von Wasserstoffdonatoren der Denitrifikationsstufe (7) zugeführt wird, deren Tauchtropfkörper-Walze (7) vollkommen überflutet ist.